一種適用于AG V搬運車傳動軸加工的端面驅動夾具的設計與應用

文/宋強 田耕 張光燦（安徽星瑞齒輪傳動有限公司）

自動導引搬運車（automated guided vehicle，AGV）是智能搬運車，靈活多變效率高，集成化高，多臺AGV 搬運車可以相互配合完成不同的工作，是現代化生產的必備裝置，是現代高速物流的主要裝備。從國內市場來看，電子、汽車、家電等自動化行業在未來一段時間內仍將是AGV的主要應用市場，而眾多新行業對AGV 的需求量也在不斷上升。

一、AGV 搬運車的傳動軸的加工現狀

驅動總成作為AGV 搬運車的關鍵傳動機構，其穩定性、可靠性和安全性備受關注。傳動軸作為AGV 搬運車驅動總成的重要零件，其加工工藝質量直接影響著動力傳輸效率和安全，是保障驅動總成穩定性、可靠性和安全性的關鍵因素。當前，雖然傳動軸加工工藝已日漸成熟，但因其結構較為緊湊、尺寸較為短小、加工時受限較多，仍然難以避免地出現各類問題或缺陷。因此，為契合智能搬運車驅動總成的快速發展，在關鍵零件的加工工藝方面應保持創新，充分了解加工領域存在的缺陷，依托技術改進實現加工工藝優化，確保各個加工制造環節更加完善，從根本上提升加工質量。

具體到傳動軸加工方面，仍或多或少地存在著缺陷性問題。傳動軸常規裝夾制齒示意圖如圖1 所示。因裝配需要，要求傳動軸裝配定位端面與卡環槽端面之間的軸向尺寸為30 mm±0.03 mm。常規夾具采用兩端中心孔定心、彈性夾套夾緊光軸進行制齒加工，制齒后會有翻邊翻到裝配定位端面處，導致端面不平，影響最終裝配。為了控制軸向尺寸、消除制齒翻邊對軸向尺寸的影響，熱處理后在磨削光軸外圓時需要對裝配定位端面進行同步磨削。磨削時需要使用軸向量儀檢測卡環槽端面位置，進而判定裝配定位端面的磨削深度。但因卡環槽有效深度僅有0.3 mm，利用軸向量儀檢測卡環槽端面位置難度大，不僅檢測效率低，而且容易出現測量不準，造成磨削工序加工效率低、軸向尺寸不穩定等質量問題。因此，亟待通過技術優化如加工夾具設計優化，對加工過程中存在的缺陷性問題加以解決，以確保傳動軸在尺寸、形狀、位置等方面更加精密。

圖1 傳動軸常規裝夾制齒示意圖

二、夾具結構設計

為穩定產品質量、提高生產效率、降低加工成本，運用中心孔定心性好的特性，采用壓縮彈簧推動浮動頂尖、與設備頂尖配合使用的方法，研究設計了一種端面驅動夾具結構。該夾具改變了傳動軸的制齒方向和翻邊位置，解決了批量生產前常規裝夾方式造成的裝配定位端面翻邊而引起的熱處理后磨削工序質量不穩定、加工效率低等問題。

該端面驅動夾具主要由浮動頂尖、夾具體、壓縮彈簧、堵蓋和連接螺栓等部分組成，如圖2 所示。浮動頂尖位于夾具體內孔處，受夾具體限制浮動頂尖只有上下移動和轉動的自由度；浮動頂尖與夾具體之間采用小間隙高精度配合，使得浮動頂尖上下移動時能夠始終保持中心線不偏移。壓縮彈簧位于夾具體空腔內、浮動頂尖與堵蓋之間，為浮動頂尖提供推力，裝上堵蓋后壓縮彈簧處于輕壓縮狀態，浮動頂尖受壓縮彈簧推力和夾具體內孔臺階限制處于靜止狀態。堵蓋與夾具體之間采用大間隙配合，二者通過螺釘連接為一個整體。夾具組裝完畢后通過連接螺栓與設備工作臺相連，夾具校正完成后，浮動頂尖回轉中心、設備頂尖回轉中心和工作臺回轉中心三者重合。

圖2 端面驅動夾具裝夾示意圖

三、夾具的應用

1.夾具的校正

夾具總成在線下組裝完成后，放置在設備工裝臺中央位置，夾具與設備工作臺通過連接螺栓連接。校正時，首先對各連接螺栓進行預擰緊，千分表測頭與浮動頂尖60°錐面接觸，然后在轉動工作臺的同時通過敲擊夾具體不斷減小千分表波動值至0.005 mm 以下；之后將各連接螺栓完全擰緊，使夾具得到有效固定；最后再次轉動工作臺，復測浮動頂尖60°錐面的徑向跳動仍處于0.005 mm 以下即可。

2.設備頂尖工作位置調整

想要夾具正常工作，設備頂尖升起后的停止點位置至關重要，頂尖到達上停止點時既要保證工件與上下頂尖接觸，又要保證工件能夠順利裝上和取下。上停止點位置調整時首先升起設備頂尖，使設備頂尖與浮動頂尖之間的距離大于工件長度；取工件放到浮動頂尖上，工件下中心孔與浮動頂尖接觸，工件方向如圖2 中所示，此時通過工件施加在浮動頂尖上的力僅為工件重量；然后設備頂尖下降至與工件上中心孔接觸，完成工件定心，此時設備頂尖位置為上停止點位置；最后調整設備頂尖限位開關或輸入頂尖上行停止點坐標，即可完成設備頂尖上停止點位置的調整。

3.夾具的使用操作

裝工件步驟：拿起工件，略微傾斜，使其下中心孔與浮動頂尖接觸，之后施加向下的力讓浮動頂尖下移進入夾具體中，然后扶正工件并取消下壓工件的力，浮動頂尖在彈簧彈力下上移，直至工件上中心孔與設備頂尖接觸，松開工件，完成工件定心，此時工件僅有旋轉自由度。

取工件步驟：給工件施加向下的力，使浮動頂尖下移進入夾具體中，之后傾斜工件即可取下。

4.驅動原理

夾具體頂端設計有凸棱，如圖3 所示。當設備頂尖下行時，帶動工件和浮動頂尖下移，工件端面與夾具體接觸后受凸棱擠壓發生塑性變形，凸棱尖端部分嵌入工件，工件被完全固定、夾緊，此時工件與夾具體可視為一個整體，工作臺帶動夾具和工件旋轉，為其提供驅動力。工件制齒完成后設備頂尖上行，浮動頂尖和工件在彈簧的彈力下隨設備頂尖上移，直至設備頂尖到達上停止點位置時停止。

圖3 夾具體頂端凸棱示意圖

5.推廣應用

該端面驅動夾具不僅適用于上述傳動軸的制齒，也同樣適用于泵齒輪軸的制齒。如圖4 所示為安徽星瑞齒輪傳動有限公司開發的一款油泵齒輪軸，該產品齒輪兩端的光軸部分軸向長度均較短，當使用常規的雞心夾頭類夾具或彈性夾套類夾具夾持光軸外圓進行制齒時，不可避免地出現滾刀與夾具干涉情況，此時使用端面驅動夾具即可順利解決滾刀與夾具干涉問題。

圖4 泵齒輪軸制齒示意圖

三、關鍵技術參數

（1）浮動頂尖和夾具體之間為間隙配合，間隙越小浮動頂尖的定心性能越好，推薦采取間隙在0.003～0.006 mm 的小間隙配合。

（2）夾具體頂端凸棱為工件旋轉提供驅動力，凸棱兩側面角度越小、頂端平臺寬度越小提供的驅動力越大，但角度和寬度過小時尖端易出現損傷，推薦兩側面角度60°、頂端平臺寬度0.5 mm。

（3）壓縮彈簧選用符合《普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數（兩端圈并緊磨平或制扁）》（GB/T 2089—2009）要求的圓柱螺旋壓縮彈簧，其工作狀態彈力應為工件和浮動頂尖重量之和的2～4 倍，彈力過大會增加員工裝夾工件的勞動強度，降低工作效率。

四、改進效果分析

改進后，工件按圖2 中所示方向裝夾制齒，翻邊會翻到軸頭端面處，裝配定位端面處不再有翻邊，熱處理后的磨削工序只需磨削光軸外圓，取消了磨削端面的工步，避免了軸向量儀測量不準造成的軸向尺寸不穩定的質量問題；同時取消了軸向量儀檢測卡環槽端面位置的工步，提高了加工效率。質量穩定性轉為毛坯精車工序控制，數控車床精車時一次裝夾完成30軸向尺寸處的車削，同時壓縮公差至±0.02 mm，即可穩定控制成品的軸向尺寸在30 mm±0.03 mm。

五、結語

本文介紹的端面驅動夾具可以依靠工件兩端中心孔和任意一側軸頭端面實現定心和夾緊，而不再夾緊工件外圓，解除了工件裝夾的方向限制，為設計人員提供了一種新的設計思路。